El avance de las células óseas cultivadas en laboratorio anuncia nuevos beneficios para la ortopedia

La tecnología desarrollada originalmente para detectar ondas gravitacionales se está utilizando para generar injertos óseos de ingeniería tisular para uso futuro en medicina ortopédica, informan los científicos en un nuevo artículo publicado hoy (martes 12 de septiembre).

El último desarrollo en una técnica conocida como ‘nanokicking’ ha permitido a científicos de las universidades de Glasgow, Strathclyde, el oeste de Escocia y Galway cultivar muestras tridimensionales de hueso mineralizado en el laboratorio por primera vez.

El hueso es el segundo tejido más injertado después de la sangre y se utiliza en cirugías reconstructivas, maxilofaciales y ortopédicas. Actualmente, sin embargo, los cirujanos solo pueden recolectar cantidades limitadas de hueso vivo del paciente para usar en injertos, y es probable que el cuerpo rechace el hueso de otros donantes. En su lugar, los cirujanos deben confiar en fuentes de donantes inferiores que no contienen células capaces de regenerar hueso, lo que limita el tamaño de las reparaciones que pueden efectuar. nanopatadas

En un artículo publicado en la revista Nature Biomedical Engineering, los investigadores describen cómo han utilizado la tecnología de medición, basada en los sofisticados sistemas de interferómetro láser creados para la detección de ondas gravitacionales de objetos astrofísicos, para convertir las células mesenquimales extraídas de donantes humanos en células óseas en tres dimensiones. . Estos injertos óseos vivos en 3D, cuando se implanten en pacientes en el futuro, podrán reparar o reemplazar secciones dañadas de hueso.

Las células madre mesenquimales, que son producidas naturalmente por el cuerpo humano en la médula ósea, tienen el potencial de diferenciarse en una variedad de tipos de células especializadas, como hueso, cartílago, ligamento, tendón y músculo. Nanokicking somete a las células a vibraciones ultraprecisas a nanoescala mientras están suspendidas dentro de geles de colágeno. El proceso de nanokicking convierte las células en los geles en una “masilla para huesos” que tiene el potencial de usarse para curar fracturas óseas y rellenar el hueso donde hay una brecha. El uso de las propias células mesenquimales de los pacientes significa que los cirujanos podrán prevenir el problema del rechazo y pueden salvar brechas más grandes en el hueso.

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Matthew Dalby, profesor de ingeniería celular en la Universidad de Glasgow, es uno de los autores principales del artículo.

El profesor Dalby dijo: “Este es un emocionante paso adelante para las nanopatadas, y nos lleva un paso más allá para hacer que la técnica esté disponible para su uso en terapias médicas. Estamos especialmente entusiasmados con estos desarrollos, ya que gran parte del trabajo que estamos haciendo ahora está financiado por la organización benéfica de minas terrestres Find a Better Way de Sir Bobby Charlton, que ayuda a las personas y comunidades a recuperarse del impacto devastador de las minas terrestres y otros restos explosivos de guerra.

“Ahora que hemos avanzado el proceso hasta el punto en que es fácilmente reproducible y asequible, comenzaremos nuestras primeras pruebas en humanos dentro de tres años en el NHS junto con el Servicio Nacional de Transfusión de Sangre de Escocia y cirujanos ortopédicos y reconstructivos en Glasgow”.

El CEO de Find A Better Way, Lou McGrath, dijo: “La producción de tejido óseo sintético listo para usar transformará potencialmente la vida de un número incalculable de sobrevivientes civiles de explosiones de minas terrestres en todo el mundo. Find A Better Way se complace en financiar este proyecto: es una combinación perfecta para el sueño de Sir Bobby de idear nuevas soluciones para uno de los problemas más difíciles del mundo”.

El proyecto Find A Better Way de la Universidad de Glasgow está dirigido por el profesor de bioingeniería Manuel Salmeron-Sanchez. En el proyecto Find a Better Way, el equipo combinará la masilla ósea con grandes andamios impresos en 3D para rellenar defectos óseos aún más grandes.

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El profesor Salmeron-Sanchez visitó recientemente Camboya para reunirse con la población local que ha sufrido lesiones relacionadas con las minas terrestres. Agregó: “Para muchas personas que han perdido piernas en accidentes con minas terrestres, la diferencia entre estar confinado a una silla de ruedas y poder usar una prótesis podría ser solo unos pocos centímetros de hueso”.

El profesor Dalby dijo: “En asociación con Find A Better Way, ya hemos demostrado la eficacia de nuestros andamios en medicina veterinaria, al ayudar a desarrollar hueso nuevo para salvar la pierna de un perro que, de lo contrario, habría tenido que amputársela. La combinación de masilla ósea y andamios mecánicamente fuertes nos permitirá abordar grandes déficits óseos en humanos en el futuro”.

Parte de la tecnología que sustenta la técnica de nanokicking fue desarrollada originalmente por astrofísicos que trabajaban en la búsqueda de ondas gravitacionales, ondas en el espacio-tiempo causadas por eventos masivos como la colisión de agujeros negros.

Stuart Reid, profesor de Ingeniería Biomédica en la Universidad de Strathclyde, y anteriormente en la Universidad del Oeste de Escocia, dijo: “Después de haber pasado 15 años trabajando en astrofísica y detección de ondas gravitacionales con el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), es asombroso ver surgir tecnología que podría revolucionar aspectos clave de la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. El equipo está trabajando arduamente para preparar la tecnología para las primeras pruebas en humanos y para llevar dispositivos a otros laboratorios en el Reino Unido y más allá”.

Los biorreactores nanokick desarrollados por los investigadores se están probando actualmente en una red de laboratorios en todo el Reino Unido. Dado que las células mesenquimales tienen el potencial de diferenciarse en muchos otros tipos de células además del hueso, los investigadores esperan que en el futuro se descubran otras aplicaciones clínicamente relevantes de nanokicking en laboratorios asociados.

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La investigación fue financiada por Find a Better Way, el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) y el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC), con aspectos de la interferometría láser y técnicas computacionales que se desarrollaron previamente con el apoyo de Science y Consejo de Instalaciones Tecnológicas (STFC) y Sociedad Real de Edimburgo (RSE).

El artículo del equipo, titulado ‘Estimulación de la osteogénesis 3D por células madre mesenquimales usando un biorreactor nanovibratorio’, se publica en Nature Biomedical Engineering.

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